2024-2025第一学期《计算思维视域下小学信息科技教学案例研究》课题总结

锡山区教育科学“十四五”规划立项课题

《计算思维视域下小学信息科技教学案例研究》

课题研究报告

无锡市安镇实验小学课题组

《计算思维视域下小学信息科技教学案例研究》2023年5月由锡山区教育科学规划办立项，批准编号为A/2023/064。本课题研究旨在深入探究计算思维在小学信息科技课程中的具体应用，借助案例分析的方式，在计算思维的框架下，系统分析其对增强学生解决问题能力、逻辑推理能力以及创新思维所发挥的积极作用。

一、课题研究背景

1.基于当前信息技术教育改革的背景需求

在当前信息技术日新月异的时代背景下，信息科技教育正面临着前所未有的机遇与严峻挑战。在各国教育体系中，信息技术课程正逐步向更深层次、更广泛的领域拓展，其目的在于培养学生的创新精神与实践能力。教育部颁布的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》进一步明确指出，计算思维已成为信息时代学生不可或缺的核心素养之一。随着信息技术的飞速发展，计算思维在教育领域中的重要性愈发显著。小学阶段作为学生认知发展的关键时期，信息科技课程的教学任务不仅在于传授基础的计算机操作技能，更应着重培养学生运用计算思维解决实际问题的能力。因此，从计算思维的视角出发，深入探讨小学信息科技教学，既是顺应教育改革发展趋势的必然要求，也是提升国民信息科技素养的重要途径。

2.基于小学信息科技教学现象的积极应对

尽管计算思维的重要性已获得普遍认同，但在小学信息科技教学的实际操作层面，依然面临诸多挑战。一方面，教学内容与方法相对陈旧，难以充分激发学生的学习兴趣与参与度；另一方面，师资力量匮乏，部分教师未接受计算思维的专业培训，难以在教学中有效融入计算思维的培养。此外，教学资源的分配不均衡、教学评价的单一性等问题，也对小学信息科技教育质量的提升形成了制约。因此，开展计算思维视域下小学信息科技教学案例研究，旨在借助实践案例的分析，探索契合小学特点的计算思维教学模式，从而为解决当前教学难题提供科学理论依据与实践操作路径。

3.基于发展儿童综合素养的未来追求

在面向未来的教育蓝图中，发展儿童综合素养已成为教育领域的核心追求。儿童综合素养，指的是儿童在成长历程中逐步积淀形成的，包括智力、情感、道德、社交、体质与艺术等多方面能力的综合体现。作为新时代的重要思维方式，计算思维在提升儿童综合素养方面扮演着至关重要的角色。它不仅能够强化儿童的逻辑思维与问题解决技能，还能推动其跨学科学习进程，激发其创新思维与实践潜能。

值得注意的是，计算思维并非编程或计算机科学的特有概念，而是一种普遍适用的解决问题的思维方式，它涉及逻辑思考、抽象概括、分解重构等一系列认知环节。在小学教育阶段引入计算思维教学，将有效提升学生的逻辑思维能力、批判性思维能力以及创新能力，为他们在日后学习、生活及工作中可能遇到的各种挑战提供有力的应对策略。此外，计算思维还能帮助学生更深入地理解信息社会的运作机理，增强其信息处理技能，为培养具备数字素养的新时代公民奠定坚实的基础。因此，应当积极推动计算思维在教育领域中的实践应用，以助力儿童的全面发展与个性化成长。

二、课题概念再认识

1.计算思维

计算思维是一种解决问题、设计系统和理解人类行为的基本技能，它不仅仅局限于计算机科学家，而是适用于所有领域的人们。计算思维的核心包括分解、模式识别、抽象和算法设计等几个方面。分解是指将复杂问题拆解成更小、更易于管理的部分；模式识别是指在数据中寻找规律和相似性；抽象是指忽略不相关的细节，专注于问题的本质；算法设计则是指制定解决问题的步骤和规则。通过培养计算思维，学生能够更好地理解问题，提出创新的解决方案，并在信息时代中具备更强的竞争力。

2.计算思维与信息科技

信息科技课程为学生提供了学习和实践计算思维的理想平台。在这一课程中，学生不仅能够掌握基本的计算机操作技能，还能通过编程、数据处理和网络应用等活动，深入理解计算思维的各个方面。将计算思维融入信息科技教学，有助于学生在解决实际问题时运用这些技能，从而提高他们的创新能力和问题解决能力。

3.计算思维视域下小学信息科技教学案例研究

计算思维视域下小学信息科技教学案例研究聚集“图形化编程教学”“项目化学习”两个板块，借助Scratch等编程工具、人工智能的模型学习等，以一种实证性、情境化的研究方法，具体地阐释如何在教育实践中有效实施计算思维的培养，在对具体实例的详尽剖析中揭示计算思维视域下小学信息科技教学的规律、原则或策略。

三、课题研究目标

1.完善“计算机思维视域下小学信息科技教学”的文献综述和内涵认识，为该课题的可持续发展提供上位支持。

2.通过科学的调研与细致的观察，搜集并分析一系列成功融入计算思维的小学信息科技教学案例。通过对这些案例的深入剖析，提炼出成功的教学经验与实践智慧，构建内容丰富、形式多样的案例库。

3.积极探索小学信息科技教育中计算思维培养的有效策略。在策略实施的过程中，密切关注实施效果，不断优化策略内容，确保其在实践中的可行性与有效性。

4.通过组织专业培训、教学研讨等多样化的活动，努力让教师参与其中，让真实学习和课程实践成为一体化过程，从而在一定程度改变教师的专业方式，提升学生综合素养。

四、课题研究内容及主要结论

（一）关于“计算思维视域下小学信息科技教学”的文献分析研究

课题组成员共同研读经典书目《计算思维导论》《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，逐步梳理计算思维在小学信息科技教学中的关键要素和核心理念。通过阅读《计算思维视域下小学信息技术教学分析》《基于核心素养的信息科技学科计算思维培养策略》《“螺旋式”学习：计算思维培养范式的建构与路向——以小学信息科技学科教学为例》《面向计算思维发展的深度学习模型建构——以可视化编程教学为例》等文献资料，通过聆听《信息科技课程标准落地的方法与策略 》《人工智能教育背景下的中小学生计算思维的培养》等讲座，课题组成员对计算思维的内涵、特征及其在小学信息科技教学中的具体应用有了更为全面的认识。

（二）关于“计算思维视域下小学信息科技教学”的案例研究

在文献分析的基础上，课题组成员深入课堂，选取了多个具有代表性的小学信息科技教学案例进行深入分析。这些案例涵盖了不同年级、不同教学内容，旨在全面考察计算思维在实际教学中的应用情况。

1.在信息科技教学中培养可视化编程的计算思维

在五年级的信息科技教学实践中，我们选取了一款功能全面且易于掌握的图形化编程软件作为教学媒介，并据此设计了一系列以简单动画、趣味游戏等为主题的教学项目。这些项目旨在通过实际操作，使学生能够深入理解并熟练运用计算思维来解决实际问题。

（1）教学媒介与项目规划

我们选用的图形化编程软件具备直观的界面和丰富的功能模块，为初学者营造了一个理想的编程学习环境。基于该软件，我们精心设计了一系列教学项目，包括制作简单的角色动画、开发富有趣味性的小游戏等，这些项目既符合五年级学生的认知特点，又能有效激发他们的学习兴趣和创新意识。

（2）计算思维的培养过程

①抽象能力的提升

在项目启动阶段，我们引导学生对问题进行抽象化处理。例如，在制作动画项目时，我们指导学生思考如何将复杂的动画场景分解为多个简单的动作，并理解每个动作之间的逻辑关系。通过这一过程，学生逐渐学会从具体问题中提炼关键信息，为后续编程工作奠定坚实基础。

②分解与模块化思维的培养

在编程实践中，我们鼓励学生将复杂的任务分解为多个小且易于管理的模块。每个模块对应一个具体的编程任务，如角色移动、背景音乐播放等。通过模块化编程，学生不仅降低了编程难度，还学会了有效组织和管理代码，提升了编程效率。

③算法设计与实践

在项目深入阶段，我们引导学生设计并实现算法。例如，在开发小游戏时，学生需思考游戏规则的设定和游戏逻辑的实现等。通过这一过程，学生不仅掌握了编写代码实现算法的技能，还培养了逻辑推理和问题解决能力。 

（3）计算思维的巩固与提升

在项目完成后，我们组织学生进行成果展示与交流。在展示过程中，学生需清晰阐述项目思路、编程过程及遇到的问题和解决方案。这一过程不仅为学生提供了展示成果的机会，还能从同伴的作品中汲取灵感和经验，进一步巩固和深化计算思维能力。

同时，我们鼓励学生将所学的计算思维应用于其他学科，如数学、科学等。通过跨学科的整合应用，学生不仅能更深入地理解计算思维的价值和意义，还能在实践中不断提升综合素养和创新能力。

综上所述，通过以图形化编程软件为媒介设计并实施一系列教学项目，我们成功引导五年级学生逐步掌握并巩固了计算思维的关键要素。这些实践经验不仅为学生的未来发展奠定了坚实基础，也为我们的信息科技教学提供了新的思路和方法。

2.基于项目的信息科技学习中的计算思维应用

在六年级的信息技术教育课程中，我们创新性地引入了聚焦于人工智能核心课程的“模型学习”实践活动。此活动的目的是通过一系列经过深思熟虑的项目，使学生在亲身实践中深刻领悟人工智能技术，并在此过程中培育及应用计算思维。

（1）项目背景与平台选定

鉴于人工智能技术的迅猛进步，我们认识到将其融入基础教育体系的必要性。因此，在六年级的信息技术课程中，我们特别设立了“模型学习”这一核心实践环节。为了使学生能够更好地体验和学习AI模型的开发与应用，我们选定AI协同画布平台和EasyDL平台作为教学媒介。这两个平台凭借直观的操作界面和强大的功能，为学生构建了一个理想的AI学习与实践环境。

（2）项目实践流程

①需求分析阶段

在项目启动之初，我们首先引导学生对实际问题进行需求分析。通过讨论和调研，学生明确了项目的目标和要求，为后续的开发工作打下了基础。在此阶段，学生掌握了如何从实际问题中提炼关键信息，并将其转化为可操作的AI模型需求。

②方案设计阶段

在需求分析的基础上，学生开始设计AI模型的方案。他们需要综合考虑模型的输入、输出、算法选择以及数据处理流程等多个维度。通过小组讨论和教师的指导，学生逐步形成了完整的方案，并明确了编程实现的具体路径。

③编程实现阶段

在编程实现阶段，学生利用EasyDL平台共同开发AI模型。他们通过编写代码、训练模型、调整参数等步骤，逐步实现了自己的设计方案。在此过程中，学生不仅掌握了编程的基本技能，还学会了如何运用计算思维来优化代码和模型性能。

④测试与优化阶段

完成编程实现后，学生需要对AI模型进行测试和优化。他们通过收集数据、分析结果、调整模型参数等方式，持续改进模型的性能和准确性。在此过程中，学生学会了如何运用科学方法来解决实际问题，并培养了耐心和细致的品质。

（3）计算思维的培育与应用

在整个项目实践流程中，计算思维发挥了至关重要的作用。学生掌握了如何将复杂问题分解为小问题，如何制定解决方案，并不断优化和完善自己的作品。他们通过需求分析、方案设计、编程实现、测试与优化等步骤，不断锻炼自己的逻辑思维、抽象思维和问题解决能力。同时，在计算思维的指导下，学生还学会了如何与他人合作、如何进行有效的沟通和交流，这些能力对于他们未来的学习和工作都具有重要意义。

综上所述，通过基于项目的信息技术学习中的计算思维应用实践，我们成功地引导六年级学生深入理解了人工智能技术，并在此过程中培育了他们的计算思维能力和综合素养。这些经验不仅为学生的未来发展奠定了坚实的基础，也为我们的信息技术教学提供了新的思路和方法。

（三）关于“计算思维视域下小学信息科技教学”的策略研究

1.构建真实情景，激活形象思维

小学生的认知和思维还处于发展期，如果学习的情境不是他们实际生活的情境，他们可能会觉得学习内容难以投入。因此，在培养小学生计算思维时，应从孩子熟悉的生活场景出发设计教学情境，帮助他们将虚拟的程序和现实的生活建立联系，从而激发他们的形象思维，提升计算思维。

2.引导规划设计，体会建模思想

计算思维的一个重要特征是建模思想。教师可以通过引导学生对问题进行结构化分析，抽象出问题的关键特征，然后建立结构模型，运用合理的算法形成解决问题的方案。在这个过程中，学生可以体会到建模思想，并学会运用这种思想来解决实际问题。

3.搭建学习平台，感受结构思想

教师可以通过搭建学习平台，提供丰富的学习资源和工具，让学生在平台上进行自主学习和协作学习。在学习过程中，学生可以感受到结构思想的重要性，学会如何组织和整理知识，以及如何运用这些知识来解决问题。

4.设计故事情境，增强沉浸体验

通过设计有趣的故事情境，将计算思维的培养融入到故事情节中，可以增强学生的沉浸体验，提高他们的学习兴趣和动力。例如，可以设计一个与日常生活相关的故事情境，让学生在情境中遇到问题并尝试用计算思维的方法来解决。

5.利用多媒体教学和游戏化教学

多媒体教学可以帮助学生更好地理解和记忆知识点，增加学习的趣味性和参与度。而游戏化教学则可以通过设计一些与课程内容相关的游戏，让学生在游戏中体验和学习计算思维。

6.注重实践学习和个性化学习

实践是加深学生理解的重要手段之一。通过加大学生的实践学习力度，让学生在亲身实践中找到自己的知识漏洞，了解记忆信息技术的操作，从而增强计算思维能力。同时，个性化学习也是提高学生学习效果的重要策略。教师可以根据学生的不同需求和能力制定不同的学习计划和教学内容，以满足学生的个性化学习需求。

五、课题研究成效

1.学生素养发展有提升

（1）计算思维能力的提升

参与计算思维导向的信息科技教学，学生能在实际问题解决中应用计算机科学理念和方法进行系统分析和求解。这种教学方式不仅加深学生对计算机科学基础概念和理论的理解，还能培养他们的逻辑思维和创新精神。学生将学会将复杂问题分解为简单子问题，逐一解决，以达成整体问题的解决。此外，这种教学模式有助于学生了解计算机科学在不同领域的应用，拓宽跨学科知识，提高综合应用能力。总之，基于计算思维的信息科技教学为学生提供了一个全面的学习平台，让他们在实际问题解决中运用计算机科学的思想和方法，全面提升自身素质和能力。

（2）学习兴趣和动力的增强

在计算思维的引导下，学生们的兴趣和动力得到了显著的提升。通过参与设计和实施信息科技项目，学生们能够亲身体验到计算机科学的魅力和实用性。他们开始意识到，计算机科学不仅仅是编程和算法，而是能够解决现实世界问题的强大工具。这种认识激发了他们的好奇心和探索欲，使他们更愿意主动学习和深入研究。同时，通过小组合作和项目实践，学生们在团队协作中获得了成就感，进一步增强了他们的学习动力。他们开始主动寻找问题、提出解决方案，并在实践中不断尝试和改进，从而在学习过程中体验到成功的喜悦和自我价值的实现。

（3）综合素质的提升

计算思维的培养不仅限于计算机科学领域，它还能够促进学生综合素质的全面提升。在信息科技教学中，学生们不仅学习到了计算机科学的知识和技能，还培养了批判性思维、解决问题的能力以及创新意识。他们学会了如何在复杂多变的环境中快速适应和作出决策，如何在团队中有效沟通和协作，以及如何在面对失败时保持积极的态度和持续的努力。这些能力的提升，使学生们在未来的学术和职业生涯中具备了更强的竞争力和适应力。通过计算思维的培养，学生们不仅为自己的未来打下了坚实的基础，也为社会的发展贡献了自己的力量。

2.教师专业能力有提升

（1）教学理念的更新与深化

在课题研究的过程中，教师们面临着不断学习和探索新的教学理念和方法的挑战，以适应计算思维视域下的信息科技教学需求。这种持续的学习和探索过程，不仅有助于教师们更新自己的教学理念，而且还能进一步提升他们的教学水平。教师们需要紧跟时代的步伐，不断吸收新的教育理念，将这些理念融入到自己的教学实践中，从而更好地满足学生的学习需求，提高教学质量。

（2）教学方法的创新与多样化

教师们需要不断尝试和探索多种教学方法，例如案例教学、项目化教学、翻转课堂等，以激发学生的学习兴趣和内在动力。通过教学方法的创新，教师们能够更好地引导学生参与课堂活动，提高他们的学习效果。多样化的教学方法能够满足不同学生的学习需求，帮助他们更好地理解和掌握知识，培养他们的创新思维和实践能力。

（3）科研能力的提升与积累

参与课题研究的过程，不仅是教师们进行科研活动的过程，更是他们积累科研经验、提升科研能力的过程。通过课题研究，教师们能够积累宝贵的科研经验，提高自己的科研能力，为未来的教学和研究工作打下坚实的基础。教师们在课题研究中不断探索和解决问题，培养了严谨的科研态度和科学的研究方法，这将有助于他们在未来的教育工作中取得更大的成就。

六、题研究反思与改进计划

1. 优化教学内容与案例

为了更好地提升教学效果，课题组将根据反思结果，对教学案例进行细致的调整，确保其更加紧密地围绕计算思维的核心要素进行设计。课题组将引入更多跨学科的案例，将信息科技与其他学科的知识进行深度融合，从而增强学习的实用性和趣味性。通过这种方式，学生不仅能够掌握计算思维的基本概念，还能够将这些概念应用到其他学科领域，从而实现知识的综合运用。

2. 创新教学方法

课题组将积极探索更多以学生为中心的教学模式，例如翻转课堂、合作学习等，鼓励学生在实践中主动探索、解决问题。通过这种方式，学生能够更好地掌握知识，并在实际操作中培养解决问题的能力。此外，课题组还将加强游戏化学习元素，利用游戏化教学工具，提高学生的学习兴趣和参与度。通过游戏化的学习方式，学生可以在轻松愉快的氛围中掌握知识，从而提高学习效果。

3. 完善评价体系

课题组将构建一个更加全面、细致的评价体系，注重对学生计算思维过程的评价，而不仅仅是成果。通过这种方式，教师可以更好地了解学生的学习过程，从而有针对性地进行教学调整。此外，课题组还将实施定期的学生自评、互评，以及教师、家长共同参与的评价机制，促进评价的多维度和全面性。通过这种多元化的评价方式，学生可以更好地了解自己的学习情况，从而有针对性地进行改进。

4. 加强合作与交流

课题组将加强校际合作，组织教学研讨会，分享成功案例，共同提升教学质量。通过这种方式，教师可以互相学习，借鉴其他学校的成功经验，从而提高自身的教学水平。此外，还将鼓励师生参与国内外相关学术会议和竞赛，拓宽视野，促进理论与实践的深度融合。通过这种方式，学生可以更好地了解学科前沿，从而提高自己的学术水平和实践能力。